CN102607812A - 一种侧泵激光模块热效应的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种侧泵激光模块热效应的检测装置，包括：指示光源，由激光器构成，发出指示光；扩束镜，用于将指示光扩束；第一1:1分束镜，用于将被扩束镜扩束后的光分成反射光束和透射光束，该反射光束和透射光束的方向不同、能量相等；第二1:1分束镜；至少两个全反镜，分别将所述反射光束和透射光束反射到所述第二1:1分束镜，相干叠加成一束相干光束，其中所述反射光束所经历的光路为第一光路，所述透射光束所经历的光路为第二光路；成像装置，用于接收所述相干光束，并对相干叠加后的干涉条纹成像。

Description

一种侧泵激光模块热效应的检测装置

技术领域

本发明涉及一种侧泵激光模块热效应的检测装置，尤其涉及一种可检测热透镜效应、热畸变、热致双折射效应等热效应的检测装置。

背景技术

在激光技术领域中，侧泵模块中激光介质的热效应问题一直是限制激光器输出功率提高的重要因素，在泵浦过程中，被激光介质吸收的总抽运光能中只有部分转变为激光输出，其余相当部分能量则转变为热，残留在激光介质中，为了维持激光器系统正常运转，必须对侧泵模块中的激光介质表面进行冷却，这就使得激光介质内部产生不均匀的温度分布，从而使激光介质的折射率发生了变化，导致激光束的畸变，大大降低了激光系统的总体性能，因此，研究侧泵模块中的激光介质的热效应的产生规律，并采取相应的补偿手段或者冷却手段来尽量降低热效应问题对于输出激光的影响，这是激光技术人员共同关注的问题，同时，掌握了侧泵模块中的激光介质的热效应特性对于完善激光振荡器腔型的设计以及激光放大器结构的设计、了解激光器输出特性以及如何选择冷却方式等都有重要的指导价值。

目前，测试侧泵模块中激光介质的热效应的方法较多，传统的方法主要有两种：一种是利用氦氖激光束作为指示光源检测侧泵模块中激光介质的热焦距，首先对氦氖激光束进行扩束准直后，使其通过侧泵模块中的激光介质，然后在测泵模块不同工作电流下观察氦氖激光束焦点的位置，就能确定热焦距的长度，并可以利用CCD观察热效应对氦氖激光束畸变的影响，该方法的优点是简单快捷，不足之处是所测的热焦距不太精确。另一种方法是搭建直线型的简单激光腔，通过改变腔长和泵浦电流，来获得输出功率(或能量)与腔长的关系，从而基于这些关系来确定激光器热焦距的长度，这种方法的优点是所测的热焦距更加精确，缺点是不能对激光束的热畸变进行测量，而且由于需要不断改变腔长或泵浦电流，操作非常繁琐，并且不能对较弱的热效应进行有效的探测，因为腔长不可能太长(比如100m)。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种结构简单、测量精度高、操作方便的侧泵激光模块热效应的检测装置，能实现快速、简单、高精度的侧泵模块激光介质的热效应的测量，尤其适合使用在热效应较弱，但又必须了解的侧泵脉冲模块中。

本发明提供了一种侧泵激光模块热效应的检测装置，包括：

指示光源，由激光器构成，发出指示光；

扩束镜，用于将指示光扩束；

第一1:1分束镜，用于将被扩束镜扩束后的光分成反射光束和透射光束，该反射光束和透射光束的方向不同、能量相等；

第二1:1分束镜；

至少两个全反镜，分别将所述反射光束和透射光束反射到所述第二1:1分束镜，相干叠加成一束相干光束，其中所述反射光束所经历的光路为第一光路，所述透射光束所经历的光路为第二光路；

成像装置，用于接收所述相干光束，并对相干叠加后的干涉条纹成像，

其中所述反射光束和透射光束在第一1:1分束镜与第二1:1分束镜之间的光路长度相等，待测侧泵激光模块位于第一光路或第二光路中。

根据本发明提供的检测装置，其中第一光路和第二光路中不具有待测侧泵激光模块的一个光路中具有另一个与待测侧泵激光模块相同的侧泵激光模块。

根据本发明提供的检测装置，其中指示光在可见光波段。

根据本发明提供的检测装置，其中指示光的光谱不落在待测侧泵激光模块的发射谱内。

根据本发明提供的检测装置，其中指示光的直径小于等于待测侧泵模块中增益介质的直径。

根据本发明提供的检测装置，其中反射光束和透射光束在第一1:1分束镜与第二1:1分束镜之间的光路长度的偏差在+/-3mm以内。

根据本发明提供的检测装置，其中所述反射光束和透射光束在第一1:1分束镜与第二1:1分束镜之间的光路长度的偏差小于指示光源的相干长度。

本发明还提供了一种上述检测装置的检测方法，包括：

在成像装置上观察干涉条纹的移动；

通过公式Δd＝nλ计算侧泵激光模块的增益介质中光程的变化量，其中Δd表示增益介质光程的变化量，n表示成像装置所成的像中干涉条纹的移动数目，λ表示指示光的波长。

本发明还提供了一种上述检测装置的检测方法，通过判断干涉条纹中是否出现瑕疵点来判断是否存在热畸变，通过比较瑕疵点的相对个数、瑕疵点的相对大小或者干涉条纹的相对对称性，来比较热畸变的相对大小。

本发明提供的侧泵激光模块热效应的检测装置，能实现快速、简单、高精度的侧泵模块激光介质的热效应的测量，尤其适合使用在热效应较弱的侧泵脉冲模块中。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明的实施例1的检测装置的结构示意图；

图2为根据本发明的实施例1的检测装置的CCD上所观察到的干涉条纹的示意图；

图3为根据本发明的实施例1的检测装置的CCD上所观察到的被破坏的干涉条纹的示意图；

图4为根据本发明的实施例2的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种侧泵激光模块热效应的检测装置，采用激光器(例如氦氖激光器等)作为指示光源，所发出的指示光经过扩束准直后，使其通过一个马赫-曾德尔干涉仪，马赫-曾德尔干涉仪由两个分束镜和两全反镜构成一平行四边形结构，平行四边形结构中的两臂的其中之一中装有待测侧泵激光模块，两束指示光经过马赫-曾德尔干涉仪的两臂后将发生相干叠加，从而在成像装置上能够观察到干涉条纹。当待测侧泵激光模块受到热效应的作用后，会发生体积的变化，从而导致光程的变化，因此在成像装置上可观察到光程变化导致的干涉条纹的变化。所以，通过观察干涉条纹的变化量的大小就可以判断出待测侧泵激光模块所受到的热效应的大小。另外，当待测侧泵激光模块中具有热畸变时，在平滑的干涉条纹中会产生瑕疵点，因此通过判断干涉条纹中是否出现瑕疵点来判断是否存在热畸变，通过比较瑕疵点的相对个数、瑕疵点的相对大小或者干涉条纹的相对对称性，来比较热畸变的相对大小。。

实施例1

本实施例提供了一种侧泵激光模块热效应的检测装置，该装置如图1所示，包括：

指示光源1，由氦氖激光器构成，发出指示光，该指示光为632.8nm的可见红光、直径为1mm、输出功率10毫瓦，指示光的光谱不能落在待测侧泵激光模块7的发射谱内；

扩束镜4，指示光通过全反镜2、3的反射后入射到扩束镜4上，扩束后光束直径变成2mm；

1:1分束镜5，用于将被扩束镜4扩束后的光分成反射光束和透射光束，该反射光束和透射光束的方向不同、能量相等；

全反镜6、8，分别将所述反射光束和透射光束反射到1:1分束镜9，相干叠加成一束光束11；

CCD相机10，用于接收光束11，并对相干叠加后的干涉条纹成像，

其中如图1所示，扩束后的指示光束经过1:1偏振分束器5分成能量完全相等的两束，形成马赫-曾德尔干涉仪的两臂ABC和ADC，长度分别为500mm+/-3mm，确保两臂的距离严格等长，长度偏差控制在+/-3mm以内，小于氦氖激光器的相干长度，其中待测侧泵激光模块7位于臂ADC中，指示光束穿过侧泵激光模块7中的增益介质，本实施例中的增益介质的直径为2mm，有效长度为43mm。

当侧泵激光模块7未加泵浦电流时，CCD上的干涉条纹如图2所示，为典型的偏振光双光束相干条纹，对称性很好。在侧泵激光模块上加上50A泵浦电流时，由于热效应的存在，导致侧泵模块中增益介质的体积发生改变，从而导致光程发生改变，条纹会逐渐向中心移动(向中心移动的条纹最后会消失)，通过计算条纹移动的数目(即消失的条纹的数目)，就能通过以下公式计算侧泵激光模块的增益介质中光程的变化量：

Δd＝nλ

其中Δd表示增益介质光程的变化量，n表示CCD成像的视野中干涉条纹的移动数目(即消失的条纹的数目)，λ表示指示光的波长，例如：如观察到移动了n＝10个条纹，代表增益介质中光程差的变化为10倍波长。

当侧泵激光模块上所加的泵浦电流继续增大时，由于热效应增强，导致CCD上所观察到的条纹继续向中间移动，当热效应达到一定程度时，干涉条纹图案会遭到破坏，最终形成圆环。

此外，侧泵激光模块上加泵浦电流时，在由于热畸变，在平滑的干涉条纹中会产生瑕疵点，干涉条纹对称性也会变差，变成如图3所示的样子。因此可通过判断干涉条纹中是否出现瑕疵点来判断是否存在热畸变，通过比较瑕疵点的相对个数、瑕疵点的相对大小或者干涉条纹的相对对称性，就可以比较热畸变的相对大小。

实施例2

本实施例提供了一种侧泵激光模块热效应的检测装置，该装置如图4所示，包括：

指示光源1，由氦氖激光器构成，发出指示光，该指示光为632.8nm的可见红光、直径为1mm、输出功率10毫瓦，指示光的光谱不能落在待测侧泵激光模块8的发射谱内；

扩束镜4，指示光通过全反镜2、3的反射后入射到扩束镜4上，扩束后光束直径变成2mm；

1:1分束镜5，用于将被扩束镜4扩束后的光分成反射光束和透射光束，该反射光束和透射光束的方向不同、能量相等；

全反镜6、9，分别将所述反射光束和透射光束反射到1:1分束镜10相干叠加成一束光束12；

CCD相机11，用于接收光束12，并对相干叠加后的干涉条纹成像，其中如图4所示，扩束后的指示光束经过1:1偏振分束器5分成能量完全相等的两束，形成马赫-曾德尔干涉仪的两臂ABC和ADC，长度分别为500mm+/-3mm，确保两臂的距离严格等长，长度偏差控制在+/-3mm以内，使两臂上的光程差小于氦氖激光器的相干长度，其中待测侧泵激光模块8位于臂ADC中，指示光束穿过侧泵激光模块8中的增益介质，本实施例中的增益介质的直径为2mm，有效长度为43mm。本实施例与实施例1的区别在于马赫-曾德尔干涉仪的臂ABC中还具有与待测侧泵激光模块8相同的侧泵激光模块7，位于全反镜6与分束镜10之间，指示光束穿过侧泵激光模块7中的增益介质。

本实施例使用分别位于马赫-曾德尔干涉仪的两个臂中的相同的测泵模块，可以减少马赫-曾德尔干涉仪两臂的长度误差，提高了测量的精度。

根据本发明的一个实施例，其中指示光源可以由其他激光器构成，所发出的指示光可在可见光波段，指示光的光谱不落在待测侧泵激光模块的发射谱内。

根据本发明的一个实施例，其中指示光的直径、输出功率、扩束后的直径不限于实施例中的数据，优选地，扩束后的指示光的输出功率在待测侧泵模块的增益介质的边沿处较弱，或者指示光的直径小于等于待测侧泵模块中增益介质的直径，使增益介质中产生的衍射效应较弱。

根据本发明的一个实施例，其中马赫-曾德尔干涉仪的两臂的可以是任意长度，只要长度基本相等即可。

相对于其他侧泵激光模块激光介质热效应的检测装置，本发明中由于采用了马赫-曾德尔干涉仪，使两束能量相等的光束非常方便地穿过侧泵模块中的增益介质，调节非常方便，利用干涉条纹的变化来分析热效应，非常直观地反映热效应的微弱变化。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种侧泵激光模块热效应的检测装置，包括：

指示光源，由激光器构成，发出指示光；

扩束镜，用于将指示光扩束；

第一1:1分束镜，用于将被扩束镜扩束后的光分成反射光束和透射光束，该反射光束和透射光束的方向不同、能量相等；

第二1:1分束镜；

至少两个全反镜，分别将所述反射光束和透射光束反射到所述第二1:1分束镜，相干叠加成一束相干光束，其中所述反射光束所经历的光路为第一光路，所述透射光束所经历的光路为第二光路；

成像装置，用于接收所述相干光束，并对相干叠加后的干涉条纹成像，

其中所述反射光束和透射光束在第一1:1分束镜与第二1:1分束镜之间的光路长度相等，待测侧泵激光模块位于第一光路或第二光路中。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中第一光路和第二光路中不具有待测侧泵激光模块的一个光路中具有另一个与待测侧泵激光模块相同的侧泵激光模块。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中指示光在可见光波段。

4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中指示光的光谱不落在待测侧泵激光模块的发射谱内。

5.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中指示光的直径小于等于待测侧泵模块中增益介质的直径。

6.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中反射光束和透射光束在第一1:1分束镜与第二1:1分束镜之间的光路长度的偏差在+/-3mm以内。

7.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中所述反射光束和透射光束在第一1:1分束镜与第二1:1分束镜之间的光路长度的偏差小于指示光源的相干长度。

8.根据权利要求1至7中的任一权利要求所述的检测装置的检测方法，包括：

在成像装置上观察干涉条纹的移动；

通过公式Δd＝nλ计算侧泵激光模块的增益介质中光程的变化量，其中Δd表示增益介质光程的变化量，n表示成像装置所成的像中干涉条纹的移动数目，λ表示指示光的波长。

9.根据权利要求1至7中的任一权利要求所述的检测装置的检测方法，通过判断干涉条纹中是否出现瑕疵点来判断是否存在热畸变，通过比较瑕疵点的相对个数、瑕疵点的相对大小或者干涉条纹的相对对称性，来比较热畸变的相对大小。

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